王敏 陆阿明

苏州大学体育学院（江苏 苏州 215021）

不同背包方式行走对大学生脊柱角度的影响

王敏 陆阿明

苏州大学体育学院（江苏 苏州 215021）

目的：探索不同背包方式行走对大学生脊柱角度的影响，为人们合理背包和防止背包给人体带来的损伤提供科学的参考依据。方法：选取12名苏州大学在校男性大学生为研究对象，使其负重10%BW背包以不同背包方式（后、前、右、左、后前交替、右左交替）行走10min，运用Vicon红外高速运动捕捉系统采集到脊柱各骨性标志点的空间坐标数据，然后通过Matlab数学软件计算出不同背包条件行走后各脊柱角度在矢状面和额状面的角度值，再通过SPSSl7.0统计学软件包对各角度数据进行比较分析。结果：①不同方式背包时，C7-T7-T12角度在矢状面和额状面的变化均有统计学意义。前背比后背对C7-T7-T12角度在矢状面的影响更小；后背比前背对其在额状面的影响更小；右背小于左背对C7-T7-T12角度在矢状面和额状面的影响，交替背可缓解单一背包方式对其的影响。②不同方式背包时，T7-T12-SACR角度在矢状面的变化无统计学意义，但单一方式背包对其在矢状面的影响较小，交替背对其的影响则更大；不同背包方式对这一角度在额状面变化的影响有统计学意义，前背小于后背、左背小于右背对T7-T12-SACR角度在额状面的影响，交替背可缓解单一方式背包对其的影响。结论：①不同方式背包明显影响胸椎在矢状面和额状面的弯曲角度；前后交替背和左右交替背能缓解单一背包方式对胸椎的影响。②不同背包方式对下胸椎至腰椎段在矢状面的角度变化无明显影响；不同方式背包对下胸椎至腰椎段在额状面的角度变化有明显影响，前背对下胸椎至腰椎段在额状面的角度影响最小，交替背能缓解下胸椎至腰椎段的侧弯。

大学生；背包方式；脊柱角度

背包在快节奏生活状态的今天已经在人们日常生活中扮演着不可或缺的角色，但背包对人体的影响却远远没有得到人们的重视。不合理背包不利于青少年的生长发育，会使肌肉发育较弱的青少年脊柱两侧神经肌肉处于高度紧张的状态从而发生脊柱的侧弯、前凸、后凸及前倾等姿势缺陷；也会使成年人的平衡能力减弱，不能保持正常的身体姿势，从而造成背痛、肌肉酸痛等疾病；背包引起的这一系列问题已被越来越多的研究人员所关注[1]。

基于Fowlera等[2]、Vacheron等[3]均采用Vicon3D技术及Warren[4]的3D摄影方法研究过负重对人体脊柱形态的影响，本研究通过模拟人们日常背包，采用Vicon红外高速运动捕捉系统，分析不同的背包方式对大学生脊柱角度的影响，以期为大学生提供合理使用背包的参考依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象随机选取12名苏州大学在校男性大学生作为受

试者，其形态学指标为：身高175.4±5.8 cm，体重67.2

±5.5 kg。受试者筛选原则：1）脊柱无先天性畸形；2）脊柱无疾病；3）无可能导致脊柱异常的全身性疾病；4）脊柱无创伤性疼痛等症状。

1.2 研究方法

1.2.1 背包装置

本实验所采用的背包装置是通过模拟大学生常规背包制成的，由两块长35 cm、宽6 cm和一块长25 cm、宽5 cm的钢板制成的倒“U”形结构装置，在“U”的两侧所在的钢板上对称焊上4跟直径为2 cm的铁棍，此设计是为了添加附加重量（本实验采用哑铃片），使不同受试者的背包重量均为其体重的10%，在背包两侧加上厚肩带，使其是成为“真正的背包”。见图1。

图1 背包模型

1.2.2 实验操作

1）受试者上身着紧身衣，使用自建的脊柱模型，将11个Marker球准确地贴在人体脊柱及其他各环节的标志点上，分别为枕骨（CO）、左右肩峰、第7颈椎（C7）、第7胸椎（T7）、第12胸椎（T12）、两髂后上棘中点（SACR）、左右髂前上棘、左右跟骨。用采样频率为200 Hz的Vicon红外高速摄像系统拍摄受试者10%体重背包负重时，分别以后、前、后前交替、右、左、右左交替6种背包方式，盯住其正前方2 m处的固定位置，以1.1 m/s的常速在德国生产的Zebris步态跑台上行走10 min（见图2），其中后前交替背包为后5 min+前5 min、右左交替背包为右背5 min+左背5 min。行走结束后下跑台，在保持与行走时相同的负重状态下直立站于实验室中央，双脚呈30°打开，双手自然下垂，双眼平视前方做静态采集5 s。

每个受试者一共做6次实验，每次实验都随机进行。为防止疲劳，每一受试者做每次实验之间均休息3 min。

图2 背包负重行走实验

2）测试指标

本研究主要选取脊柱上3个骨性标志点在矢状面和额状面投影的角度代表背包负重后的脊柱在矢状面和额状面的角度变化。选取第7颈椎（C7）、第7胸椎（T7）、第12胸椎（T12）三点在矢状面和额状面投影的角度，表示为C7-T7-T12矢、C7-T7-T12额；第7胸椎（T7）、第12胸椎（T12）、两髂后上棘中点（SACR）三点在矢状面和额状面投影的角度，表示为T7-T12-SACR矢、T7-T12-SACR额。将这四个角度作为本研究的测试指标。

1.2.3 统计学分析

采用Matlab数学软件及SPSSl7.0统计学软件包对实验数据进行处理，数据均以均数±标准差（x¯±s）表示；对不同背包方式下脊柱角度的变化进行重复测量方差分析，检验水准选P≤0.05。

2 结果与分析

2.1 C7-T7-T12角度

2.1.1 C7-T7-T12在失状面的投影角度

不同方式背包时，C7-T7-T12角度在矢状面的变化有统计学意义（P=0.006＜0.05）（见表1）。

通过6种不同背包方式对C7-T7-T12角度在矢状面的影响的两两比较发现，后背包和前背包、后背包和右背包、后背包和后前交替背包、前背包和左背包、前背包和右左交替背包、右背包和前背包、右背包和右左交替背包、后前交替和右左交替背包对C7-T7-T12角度在矢状面的影响均有统计学意义（P＜0.05）（见表2）。

表1 不同背包方式对C7-T7-T12角度在矢状面的影响

表2 不同背包方式对C7-T7-T12角度在矢状面的影响的两两比较

2.1.2 C7-T7-T12在额状面的投影角度（C7-T7-T12额）

不同方式背包时，C7-T7-T12角度在额状面的变化有显著性差异（P=0.000＜0.05）（见表3）。

通过6种不同背包方式对C7-T7-T12角度在额状面的影响的两两比较发现，后背包与右背包、前背包与右背包、右背包与后前交替背包、右背包与右左交替背包对C7-T7-T12角度在额状面的影响均有统计学意义（P＜0.05）（见表4）。

结合表3中C7-T7-T12角度在额状面变化的均值可知，后背包相对于前背包而言、右背包相对于左背包而言均对C7-T7-T12角度在额状面影响较小，后前交替背包可缓解仅仅由前或者后背包对C7-T7-T12角度在额状面的影响。

2.2 T7-T12-SACR角度

2.2.1 T7-T12-SACR在失状面的投影角度

不同方式背包时，T7-T12-SACR角度在矢状面的变化不存在统计学意义（P=0.079＞0.05），但可以看出，单一方式背包对T7-T12-SACR在矢状面的影响较小，交替背包反而对T7-T12-SACR在矢状面的影响更大（见表5）。

结合表1中C7-T7-T12角度在矢状面变化的均值可知，前背包比后背包、右背包比左背包对C7-T7-T12角度在矢状面的影响更小，后前交替和右左肩交替背包可缓解仅仅由单一背包方式对C7-T7-T12角度在矢状面的影响。

表3 不同背包方式对C7-T7-T12角度在额状面的影响

表4 不同背包方式对C7-T7-T12角度在额状面的影响的两两比较

表5 不同背包方式对T7-T12-SACR角度在矢状面的影响

2.2.2 T7-T12-SACR在额状面的投影角度

不同方式背包时，T7-T12-SACR角度在额状面的变化没有显著性差异（P=0.000＜0.05）（见表6）。

通过6种不同背包方式对T7-T12-SACR角度在额状面的影响的两两比较发现，后背包与前背包、后背包与后前交替背包、前背包与右背包、前背包与左背包、前背包与右左交替背包、右背包与后背包、右背包与后前交替背包、左背包与后前交替背包、后前交替与左右交替背包对T7-T12-SACR角度在额状面的影响均有统计学意义（P＜0.05）（见表7）。

结合表6中T7-T12-SACR角度在额状面变化的均值可知，前背包相对于后背包而言、左背包相对于右背包而言均对T7-T12-SACR角度在额状面影响较小，前后交替和左右肩交替背包可缓解由单一方式背包对T7-T12-SACR角度在额状面的影响。

表6 不同背包方式对T7-T12-SACR角度在额状面的影响

3 讨论

目前，大部分学者研究背包对人体带来的影响都集中在负重后平衡能力[5-10]、身体姿势[11-16]、肌肉活动[17-18]、肺容量[19]、步态[20-22]的变化及由背包所致的背痛[23-27]等方面。而这些研究中绝大多数针对的对象都是青少年人群，而针对已经成年的大学生的研究则较少，并且大学生在背包使用人群中占据很大比例。在已知的背包对人体影响的研究中，对脊柱形态、脊柱角度的研究较少，且从综合的视角研究多种背包方式对脊柱角度影响的就更少。本研究观察大学生在不同背包方式条件

下行走后脊柱角度的变化，并选取C7-T7-T12、T7-T12-SACR这几点分别在矢状面和额状面的投影角度作为本研究的测试指标。

表7 不同背包方式对T7-T12-SACR角度在额状面影响的两两比较

本研究结果显示，不同的背包方式条件下大学生脊柱的C7-T7-T12矢和C7-T7-T12额的差异均具有统计学意义（见表1、表3），意味着不同方式背包时，大学生的胸椎在矢状面和额状面均有显著性变化，表明背包负重行走后脊柱在前后方向和左右方向均发生了弯曲。此研究结果与国外相关学者的研究结果均有一致性，如Fowlera等[28]对青年男性不对称性负重开始阶段脊柱在矢状面弯曲度增至6°、在额状面增至12°，而负重一段时间后腰椎在冠状面有显著性变化，胸椎在矢状面有显著性变化；Chansirinukor等[29]发现13～16岁的少年在负重后头部前倾和颈椎前屈增加，单肩背包后变化更为明显。

本研究结果显示，不同背包方式条件下大学生脊柱的T7-T12-SACR段在矢状面的角度变化不存在统计学意义（见表5）；而脊柱的T7-T12-SACR段在额状面的角度变化有统计学意义（见表6）。这一角度的变化主要体现了大学生在背包负重后下胸椎至腰椎段角度的变化。本研究表明下胸椎至腰椎段角度在不同方式背包负重后在前后方向角度变化不明显，而在左右方向的角度变化有显著性变化，表明大学生背包负重后其下胸椎至腰椎段有侧弯现象发生。这一研究结果与Orloff等[30]、Fowlera等[28]以及Negrini等[31]的研究结果有相似之处，也有相悖之处。相似之处在于本研究也认为背包负重后人体的腰椎角度会在额状面发生明显变化；而相悖之处在于：以上三位学者的研究都得出背包负重后人体的腰椎角度在矢状面也发生了明显变化，而本研究发现负重后腰椎在矢状面的角度变化并不明显。造成此种现象的原因可能有二：一是研究对象的选取（Orloff等的研究对象为女性、Fowlera等的研究对象为30岁左右的男性、Negrini等的研究对象为12岁左右的学生、本研究则为大学生）、背包的重量（Orloff等的研究为9 kg、Fowlera等的研究为受试者体重的17.5%、Negrini等的研究为8 kg与12 kg、本研究则为受试者体重的10%）和背包负重的时间（Orloff等的研究为21 min、Fowlera等不限制时间走完8500 m即可、Negrini等的时间为7 min、本研究则为10 min）各不相同；二是实验的控制方面存在差异，比如本研究要求受试者在跑台上以1.1 m/s的速度行走，而Fowlera等的研究则要求受试者以自认为合适的速度在平地上行走。

从目前看来，学者们大多从单一或某几种视角研究背包方式对人体脊柱角度的影响，鲜有学者同时研究多种背包方式（后、前、右、左、后前交替、右左交替）对脊柱角度的影响。而本研究则从多视角研究了背包方式对大学生脊柱角度的影响，且每一指标角度下还两两比较了每两种背包方式对脊柱的影响是否有差异，表现出较全面、较科学的特点，更能为人们合理背包提供参考依据。

4 结论与建议

4.1不同背包方式对大学生的C7-T7-T12段的角度影响不同。不同方式背包明显影响胸椎在矢状面和额状面的弯曲角度；前后交替背包和左右交替背包能缓解

仅仅由单一背包方式对胸椎的影响。

4.2不同背包方式对大学生的T7-T12-SACR段在矢状面和额状面的影响不同。不同方式背包对下胸椎至腰椎段在矢状面的角度变化没有明显的影响；不同方式背包对下胸椎至腰椎段在额状面的角度变化有明显影响，前背包对下胸椎至腰椎段在额状面的角度影响最小，交替背包能缓解下胸椎至腰椎段的侧弯。

4.3建议大学生应该经常转换背包方式，不要习惯性地用同一种背包方式长时间背包，以防脊柱变形从而影响身体健康。

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The Relation of Carrying Backpack with Different Ways to the Spine Angle of College Students

Wang Min，Lu Aming
School of Physical Education，Soochow University，Jiangsu，China 215021 Corresponding Author：Wang Min，Email：974204301@qq.com

Objective To investigate the effect of different ways of backpack carriage on the spine angle，in order to provide theoretical basis for preventing possible injury.Methods 12 male college students were asked to carry backpack with 10%of body weight walking for 10min in different ways，including on the back，on the front，on the left，on the right，front-back alternation carriage and left-right alternation carriage.At the same time，the kinematic data of spine angles were obtained by Vicon with infrared motion capture system and the angles in sagittal and frontal planes were calculated by Matlab mathematical software and compared with SPSS 17.0.Results The change in C7-T7-T12 angle in sagittal plane during carrying backpack on the front was less than on the back，the change in C7-T7-T12 angle in frontal plane during carrying backpack on the back was less than on the front，the change in C7-T7-T12 angle in frontal and sagittal planes during carrying backpack on the right was less than on the left，and front-back alternation carriage and left-right alternation carriage reduced the change in C7-T7-T12 angle caused by single side backpack carriage.Conclusions Backpack carriage in different ways significantly induced the change in thoracic angle on sagittal plane and frontal plane，while front-back alternation carriage and left-right alternation carriage could relieve the effect on thoracic angle caused by single side backpack carriage.

college students，backpack carriage，spine angles

2015.08.29

王敏，Email：974204301@qq.com